RU2509241C1

RU2509241C1 - Flywheel of alternating moment of inertia

Info

Publication number: RU2509241C1
Application number: RU2012141922/11A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Война
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-03-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: flywheel of alternating moment of inertia comprises a shaft (1), on which a three-beam bracket (2) is rigidly fixed, and a drum (4) is installed with the possibility of rotation around the shaft. At the ends of the bracket with the possibility of rotation there are flywheel sectors (5) fixed, making it possible to accumulate kinetic energy. Ends of flywheel sectors are connected by ropes (6) with the drum. In the cavity formed by the shaft and the drum there is an accumulator of potential energy made in the form of a spring wound around the shaft, the ends of which are connected with the drum (4) and the three-beam bracket (2).

EFFECT: invention makes it possible to reduce fuel consumption in a motor due to accumulator of energy in case of recuperative braking and further use of accumulated energy for a vehicle to start and accelerate.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах различных машин (например, автомобилей) с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения и поддержания частоты вращения вала двигателя в заданном диапазоне.The present invention relates to mechanical engineering and can be used in the drives of various machines (for example, cars) in order to reduce fuel consumption by recovering braking energy and maintaining the engine speed in a given range.

В настоящее время большинство приводов машин (в том числе и автомобилей) оснащаются маховиками с постоянным моментом инерции /1/ (Передерни В.П. Устройство автомобиля. - Изд-во Форум, 2011, 288 с.). Их недостатком является невозможность регулировки момента инерции маховика, вследствие чего для накопления энергии, необходимой в начале движения автомобиля, требуется разгонять маховик с постоянным моментом инерции путем дополнительной подачи топлива в камеру сгорания, что приводит к повышенному расходу топлива. Также маховик с постоянным моментом инерции не позволяет поддерживать частоту вращения в заданном диапазоне без дополнительной подачи топлива.Currently, most machine drives (including cars) are equipped with flywheels with a constant moment of inertia / 1 / (Perederni VP Device of a car. - Publishing House Forum, 2011, 288 p.). Their disadvantage is the inability to adjust the moment of inertia of the flywheel, as a result of which, to accumulate the energy necessary at the beginning of the car's movement, it is necessary to accelerate the flywheel with a constant moment of inertia by additional supply of fuel to the combustion chamber, which leads to increased fuel consumption. Also, a flywheel with a constant moment of inertia does not allow maintaining the rotational speed in a predetermined range without additional fuel supply.

Известен накопитель механической энергии 121 (АС 1786322), содержащий цилиндрический кожух, установленный с возможностью вращения на оси, и упругую ленту, размещенную между ними. В зависимости от частоты вращения накопителя лента разматывается или сматывается внутри кожуха, увеличивая или уменьшая момент инерции. Однако такой накопитель обладает малой удельной энергоемкостью и его использование возможно только в приводах малой механизации или игрушках.Known storage of mechanical energy 121 (AC 1786322), comprising a cylindrical casing mounted rotatably on the axis, and an elastic tape placed between them. Depending on the speed of the drive, the tape is unwound or wound inside the casing, increasing or decreasing the moment of inertia. However, such a drive has a low specific energy consumption and its use is possible only in drives of small mechanization or toys.

Известен маховик переменного момента инерции, взятый за прототип, содержащий поворотные рычаги с грузами, планетарный механизм, электрическую муфту и систему управления /3/ (Патент US 2007/0179012 Kimura). Удельная энергоемкость такого маховика несколько выше, что позволяет использовать его в приводах автомобилей, однако его функции ограничиваются обеспечением устойчивой работы двигателя на разных режимах. Для накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием при разгоне автомобиля энергоемкости такого маховика недостаточно. Кроме того, в его конструкции отсутствуют упругие элементы, способные накапливать потенциальную энергию их упругой деформации.Known flywheel of variable moment of inertia, taken as a prototype, containing rotary levers with weights, planetary gear, electric clutch and control system / 3 / (Patent US 2007/0179012 Kimura). The specific energy consumption of such a flywheel is slightly higher, which allows it to be used in car drives, but its functions are limited to ensuring stable engine operation in different modes. Such a flywheel is not enough for energy storage during regenerative braking with its subsequent use when accelerating a car. In addition, in its design there are no elastic elements capable of accumulating the potential energy of their elastic deformation.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание маховика переменного момента инерции, способного накапливать в достаточном количестве кинетическую энергию вращающихся масс и потенциальную энергию упругодеформированных элементов и при этом отличаться простотой конструкции.The technical task of the invention is the creation of a flywheel of variable moment of inertia, capable of accumulating in sufficient quantities the kinetic energy of the rotating masses and the potential energy of elastically deformed elements and at the same time be distinguished by their simplicity of design.

Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона автомобиля.The technical result is to reduce fuel consumption in the engine due to the accumulation of energy during regenerative braking and the subsequent use of the accumulated energy for starting and accelerating the car.

Техническая задача решается предлагаемым маховиком переменного момента инерции, содержащим вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлен с помощью подшипников барабан с возможностью поворота вокруг вала. На концах кронштейна с возможностью поворота закреплены маховичные секторы, позволяющие накапливать кинетическую энергию. Концы маховичных секторов соединены тросами с барабаном. В полости, образованной валом и барабаном, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины, навитой вокруг вала, концы которой соединены с барабаном и трехлучевым кронштейном.The technical problem is solved by the proposed flywheel of variable moment of inertia, containing a shaft on which the three-beam bracket is rigidly fixed and the drum is mounted with bearings with the possibility of rotation around the shaft. At the ends of the bracket, the flywheel sectors are fixed with the possibility of rotation, allowing to accumulate kinetic energy. The ends of the flywheel sectors are connected by cables to the drum. In the cavity formed by the shaft and the drum, there is a potential energy storage device made in the form of a spring wound around the shaft, the ends of which are connected to the drum and a three-beam bracket.

На фиг.1 изображен маховик переменного момента инерции в сложенном положении. На фиг.2 изображен маховик переменного момента инерции в раскрытом положении. На фиг.3 изображен разрез маховика переменного момента инерции в сложенном положении.Figure 1 shows the flywheel of variable moment of inertia in the folded position. Figure 2 shows the flywheel of variable moment of inertia in the open position. Figure 3 shows a section of a flywheel of variable moment of inertia in the folded position.

Маховик переменного момента инерции содержит вал 1, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн 2 и установлен с помощью подшипников 3 барабан 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах трехлучевого кронштейна 2 с возможностью поворота закреплены маховичные секторы 5, позволяющие накапливать кинетическую энергию, концы которых соединены тросами 6 с барабаном 4. В полости, образованной валом 1 и барабаном 4, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины 7, навитой вокруг вала 1. Концы пружины 7 соединены с барабаном 4 и трехлучевым кронштейном 2. Для периодического соединения и разъединения вала 1 маховика с коленчатым валом 8 двигателя используется электромагнитная муфта 9.The flywheel of the variable moment of inertia contains a shaft 1 on which the three-beam bracket 2 is rigidly fixed and the drum 4 is mounted using bearings 3 and rotatable around the shaft 1. At the ends of the three-beam bracket 2, the flywheel sectors 5 are rotatably fixed, which allow the accumulation of kinetic energy, the ends of which connected by cables 6 to the drum 4. In the cavity formed by the shaft 1 and the drum 4, there is a potential energy storage device, made in the form of a spring 7, wound around the shaft 1. The ends of the spring 7 are connected to drum 4 and a three-beam bracket 2. For the periodic connection and disconnection of the shaft 1 of the flywheel with the crankshaft 8 of the engine, an electromagnetic clutch 9 is used.

В остановленном положении или при малой частоте вращения маховик находится в сложенном положении (фиг.1, 3): маховичные секторы 5 прижаты к центру маховика усилием пружины 7 посредством тросов 6, намотанных на барабан 4. При рекуперативном торможении включается муфта 9, и вал 1 маховика начинает вращаться. При увеличении частоты вращения вала 1 маховичные секторы 5 за счет действия на них центробежных сил разворачиваются вокруг своих осей, преодолевая через тросы 6 усилие пружины 7. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг.2), его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в торможении автомобиля и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся маховичных секторов 5, но и потенциальная энергия упругодеформированной пружины 7. В конце цикла торможения муфта 9 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.In the stopped position or at a low speed, the flywheel is in the folded position (Figs. 1, 3): the flywheel sectors 5 are pressed to the center of the flywheel by the force of the spring 7 by means of cables 6 wound on the drum 4. During regenerative braking, the clutch 9 is turned on, and the shaft 1 the flywheel starts to rotate. With an increase in the rotational speed of the shaft 1, the flywheel sectors 5, due to the action of centrifugal forces on them, rotate around their axes, overcoming the force of the spring 7 through the cables 6. The flywheel goes into the open position (Fig. 2), its moment of inertia increases, participating in braking car and accumulating energy. Moreover, not only the kinetic energy of the rotating handwheel sectors 5 is accumulated, but also the potential energy of the elastically deformed spring 7. At the end of the braking cycle, the clutch 9 is turned off, and the flywheel continues to rotate freely in the open position.

Впоследствии, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона автомобиля. Для этого снова включается муфта 9, через которую вращение с вала 1 маховика передается на коленчатый вал 8 двигателя, причем, отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на маховичные секторы 5 и к их складыванию за счет действия пружины 7. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 5 и потенциальную энергию упругодеформированной пружины 7.Subsequently, when it is necessary to continue driving, the accumulated energy of the flywheel is used to pull off and accelerate the car. For this, the clutch 9 is again turned on, through which the rotation from the flywheel shaft 1 is transmitted to the engine crankshaft 8, and, giving up energy, the flywheel tends to slow down, which leads to a decrease in the centrifugal forces acting on the flywheel sectors 5 and to their folding due to the action of the spring 7. In this case, the flywheel gives up the accumulated kinetic energy of the rotating handwheel sectors 5 and the potential energy of the elastically deformed spring 7.

Кроме того, уменьшение момента инерции маховика не дает ему замедлиться до полного складывания маховичных секторов 5, что позволяет поддерживать частоту вращения маховика вместе с коленчатым валом 8 двигателя в диапазоне его устойчивой работы. При полном складывании маховичных секторов 5 к центру маховика муфта 9 выключается и маховик снова готов к работе.In addition, the decrease in the moment of inertia of the flywheel does not allow it to slow down until the flywheel sectors 5 are fully folded, which makes it possible to maintain the rotational speed of the flywheel together with the crankshaft 8 of the engine in the range of its stable operation. When the handwheel sectors 5 are fully folded to the center of the flywheel, the clutch 9 is turned off and the flywheel is ready for operation again.

Claims

A flywheel of a variable moment of inertia, containing a shaft on which the three-beam bracket is rigidly fixed and a drum is mounted using bearings, the flywheel sectors are fixed at the ends of the bracket to allow the kinetic energy accumulated by the cables to the drum to be accumulated in the cavity formed by the shaft and the drum potential energy storage device, made in the form of a spring wound around the shaft, the ends of the spring are connected to the drum and a three-beam bracket.